CN202759400U - 一种用于提高终端续航能力的装置及其终端 - Google Patents

一种用于提高终端续航能力的装置及其终端 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种用于提高终端续航能力的装置及其终端，所述装置包括：热量采集模块，用于收集终端内部发热电子元器件所产生的热量；热电转换模块，用于将收集的热量转换为电能并输送至储能电容模块；储能电容模块，用于储备所述电能，并输出一稳定的输出电压值；比较器模块，用于当所述输出电压值超过一预设的基准电压值时，生成充电使能信号并将其发送至电源管理模块；电源管理模块，用于依据所述充电使能信号对终端电池进行充电。本实用新型将终端内部电器元器件发热所产生的热能转换为电能，并进行有效存储并提供给终端使用，其一定程度上可以改善终端内部电子元器件的工作性能，同时还可以提高终端的续航能力。

Description

一种用于提高终端续航能力的装置及其终端
技术领域
本实用新型涉及能量转换技术领域，具体而言，涉及一种用于提高终端续航能力的装置及其终端，其将终端内部电器元器件发热所产生的热能转换为电能，并进行有效存储并提供给终端使用，其一定程度上可以改善终端内部电子元器件的工作性能，同时还可以提高终端的续航能力。
背景技术
随着科技的日益发展，如今各类便携设备不断涌现，同时，此类便携设备的屏幕设计的也越来越大、外围设备越来越多、功能业越来越复杂，这些设计要素一定程度上可以增加用户的娱乐性，但同时也会导致终端的功耗增大，续航能力极大减弱，电池的有效使用时间大大缩短，为此，用户在使用此类便携设备过程中，往往需要频繁地给移动终端的电池充电。
而给电池充电经常会受到外界环境的限制，例如有时用户所处环境根本没有外界电源，如此一来便会给用户的使用带来极大的不便，严重影响了用户的日常工作和生活。
实用新型内容
本实用新型的发明人注意到，通常情况下，便携终端在外围设备增加时或对原有器件进行改良时，例如其LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）的显示屏幕由4寸变为10寸，这些外设在工作时将释放更多的热量，从而将导致编写终端内部热量剧增，以致温度升高，势必影响终端内部其它电子元器件的工作性能，进而影响整机性能，所以设计人员往往在设计过程中，需要在终端内部或外部设置良好的散热装置以维持这些电子元器件最佳的工作环境，然而这些散去的热量会被白白浪费，而未得到充分利用。
鉴于此，本实用新型充分利用便携终端内部各电子元器件在工作过程中产生的热量，提出一种用于提高终端续航能力的装置及其终端，将便携终端内部各电子元器件产生的热量进行收集，经由热电转换模块转换为电能并在储能电容上进行存储，且当储能电容的电荷积累到一定阶段后，将自动触发电源管理模块给终端电池进行充电，从而一定程度上可以改善编写终端内部各电子元器件的工作环境，同时还可以提高便携终端的续航能力。
为了达到本实用新型的目的，其采用如下技术方案实现：
一种用于提高终端续航能力的装置，包括：
热量采集模块，用于收集终端内部发热电子元器件所产生的热量；
热电转换模块，用于将收集的热量转换为电能并输送至储能电容模块；
储能电容模块，用于储备所述电能，并输出一稳定的输出电压值；
比较器模块，用于当所述输出电压值超过一预设的基准电压值时，生成充电使能信号并将其发送至电源管理模块；
电源管理模块，用于依据所述充电使能信号对终端电池进行充电。
优选地，所述热量采集模块采用高导热材料链接至终端内部发热电子元器件。
优选地，所述热电转换模块为温差发电器件，其高温端链接至热量采集模块，低温端链接至冷金属材料。
优选地，所述冷金属材料为铜、铝、钢、锑、银中的一种或几种。
优选地，所述储能电容模块包括依次串联的第一单向二极管、限流电阻、储能电容以及稳压器，其中，所述第一单向二极管的阳极连接至热量采集模块；所述比较器模块包括第一使能开关、第二使能开关、比较器、第二单向二极管、升压器，以及多路电压选择开关，其中，第一使能开关的第一输入端连接至稳压器的输出端，其第二输入端连接至电源管理模块的输出端，其输出端连接至比较器的负向输入端以及第二使能开关的第一输入端，比较器的正向输入端连接至多路电压选择开关的第一输出端，比较器的输出端连接至第二使能开关的第二输入端以及多路电压选择开关的输入端，第二使能开关的输出端连接至第二单向二极管的阳极，第二单向二极管的阴极连接至电源管理模块输入端，多路电压选择开关的第二输出端连接至升压器的一端，升压器的另一端连接至终端电池的阳极，多路电压选择开关的第三输出端连接至终端电池的阳极。
一种终端，其包括用于提高终端续航能力的装置，所述装置包括：
热量采集模块，用于收集终端内部发热电子元器件所产生的热量；
热电转换模块，用于将收集的热量转换为电能并输送至储能电容模块；
储能电容模块，用于储备所述电能，并输出一稳定的输出电压值；
比较器模块，用于当所述输出电压值超过一预设的基准电压值时，生成充电使能信号并将其发送至电源管理模块；
电源管理模块，用于依据所述充电使能信号对终端电池进行充电。
优选地，所述热量采集模块采用高导热材料链接至终端内部发热电子元器件。
优选地，所述热电转换模块为温差发电器件，其高温端链接至热量采集模块，低温端链接至冷金属材料。
优选地，所述冷金属材料为铜、铝、钢、锑、银中的一种或几种。
优选地，所述储能电容模块包括依次串联的第一单向二极管、限流电阻、储能电容以及稳压器，其中，所述第一单向二极管的阳极连接至热量采集模块；所述比较器模块包括第一使能开关、第二使能开关、比较器、第二单向二极管、升压器，以及多路电压选择开关，其中，第一使能开关的第一输入端连接至稳压器的输出端，其第二输入端连接至电源管理模块的输出端，其输出端连接至比较器的负向输入端以及第二使能开关的第一输入端，比较器的正向输入端连接至多路电压选择开关的第一输出端，比较器的输出端连接至第二使能开关的第二输入端以及多路电压选择开关的输入端，第二使能开关的输出端连接至第二单向二极管的阳极，第二单向二极管的阴极连接至电源管理模块输入端，多路电压选择开关的第二输出端连接至升压器的一端，升压器的另一端连接至终端电池的阳极，多路电压选择开关的第三输出端连接至终端电池的阳极。
通过上述本实用新型的技术方案可以看出，本实用新型提供的一种用于提高终端续航能力的装置及其终端，其将终端内部电器元器件发热所产生的热能转换为电能，并进行有效存储并提供给终端使用，其一定程度上可以改善终端内部电子元器件的工作性能，同时还可以提高终端的续航能力。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的用于提高终端续航能力的装置结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的热-电转换示意图；
图3是本实用新型实施例提供的用于提高终端续航能力的装置电路结构示意图；
图4是本实用新型实施例提供的热电转换流程示意图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优异效果，下面将结合具体实施例以及附图做进一步的说明。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
本实用新型的基本思想是通过导热材料将终端内部发热器件（电子元器件）上的热量传递到热量采集模块，热电转换模块采用温差发电器件将收集的热能转换为电能并存储到储能电容模块中，当储能电容模块的电能储备到一定程度并大于预先设置的基准阈值时，触发电源管理模块实施对终端电池充电，从而达到提高终端续航能力的目的。与现有技术相比，有效地利用了终端在使用过程中所散发的热能，在终端工作期间在不为用户感知的情况下，可以实现终端电池的自动充电，提高了终端的续航能力，极大地方便了终端用户。
依据本实用新型的一实施例，如图1所示，本实用新型提供的一种用于提高终端续航能力的装置，包括：
热量采集模块10，用于收集终端内部发热电子元器件所产生的热量；
热电转换模块20，用于将收集的热量转换为电能并输送至储能电容模块；
储能电容模块30，用于储备所述电能，并输出一稳定的输出电压值；
比较器模块60，用于当所述输出电压值超过一预设的基准电压值时，生成充电使能信号并将其发送至电源管理模块；
电源管理模块50，用于依据所述充电使能信号对终端电池40进行充电。
具体实施时，所述发热电子元器件包括终端内部一切可以产生热量的器件，包括发热芯片和其它可以产生热量的器件。通常可以根据终端内部器件的特性，对器件上主要发热模块进行摸底测试，重点选择发热量大的模块作为主要的热量采集源，例如CPU、射频芯片、电源管理芯片、LCD等。同时可以在终端后盖或其他不影响工作性能的区域等加入导热材料，以方便利用外接热源。
优选地，所述热量采集模块10采用高导热材料链接至终端内部发热电子元器件，具体实施时，所述热电转换模块20为温差发电器件，其高温端链接至热量采集模块10，低温端链接至冷金属材料，例如优选情形下，所述冷金属材料为铜、铝、钢、锑、银中的一种或几种。
热量采集模块10采用导热材料将热量采集源产生的热量传递到热能转换模块的前端进行热量收集。当发热器件发热时，高导热材料将发热器件上的热量迅速传递到热量收集区域，以达到降低手机热量并降低发热器件工作温度的目的。高导热材料可选择高导热硅胶片或者导热系数较高的绝缘材料，采集到的热量可以储备到热量收集区域，热量收集区域由吸热性强的金属组成。通常可选择铜、铝、钢、锑、银等材料的一种或多种。
本实施例中，热电转换模块20采用温差发电器件将热量收集区域上收集的热能转换为电能。温差发电器件的高温端链接到热量收集区域，低温端链接到冷金属低温材料，例如所述冷静书低温材料可选择如铝、铜之类的材料。温差发电器件检测到高低温之间的温差，内部产生电子移动，形成电流。利用储能电容模块30（例如大电容）存储电荷的特性，将温差发电器件转换出来的电能存储到电容中完成电能积累。
如图2所示，热能收集区域201用于热能的收集，使用高导热材料链接发热器件和热能收集区域，将发热器件的热量快速传递到热能收集区域。高导热材料使用绝缘性好的材料，如高导热硅胶片等。热能收集区域选用吸热性较好的金属材料组成，通常可选择铜、铝、钢、锑、银等材料的一种。温差发电器件为202，高温端链接热能收集区域201，低温端链接冷金属材料203. 冷金属材料203选择散热性好的材料，例如可选择铝、铜之类的材料的一种。温差发电器件202根据两侧温度的温差产生电能并输出到电容中进行存储。实施过程中可充分利用终端后盖内侧，将冷金属材料203布置在后盖内侧紧贴后盖的一侧，将热能收集区域201布置在后盖内侧最顶的一层，高导热材料一端紧贴发热器件，另一端在后盖盖上后紧贴热能收集区域201。温差发电器件布置在冷金属材料203和热能收集区域201的中间，三者结合贴到终端后盖内侧，温差发电器件的电能输出端直接接入相应的电路中。
电源管理模块50根据大电容的输入情况，启动充电算法，对终端电池40进行充电。因电源管理模块50自身具有终端电池40的充电参数和具体的充电算法，从而一定程度上可以提高充电效率，并防止过压等异常情况对终端电池40的损坏，此为现有技术，本文对此不做过多赘述。
当存储电能的储能电容模块30所积累的电量大于比较阀值或其输出的输出电压值大于预设的基准电压值时（例如所述基准电压值为终端电池40电压），比较器模块60会自动启动电源管理模块50，从而使得电源管理模块50完成给终端电池40充电的操作。其中，所述终端电池40包括但不限于镍氢、镍镉、锂离子等供电设备。
优选地，参考图3，所述储能电容模块30包括依次串联的第一单向二极管301、限流电阻302、储能电容303以及稳压器304，其中，所述第一单向二极管301的阳极连接至热量采集模块10；所述比较器模块60包括第一使能开关601、第二使能开关604、比较器602、第二单向二极管、升压器，以及多路电压选择开关，其中，第一使能开关601的第一输入端连接至稳压器304的输出端，其第二输入端连接至电源管理模块50的输出端，其输出端连接至比较器602的负向输入端以及第二使能开关604的第一输入端，比较器602的正向输入端连接至多路电压选择开关的第一输出端，比较器602的输出端连接至第二使能开关604的第二输入端以及多路电压选择开关的输入端，第二使能开关604的输出端连接至第二单向二极管的阳极，第二单向二极管的阴极连接至电源管理模块50输入端，多路电压选择开关的第二输出端连接至升压器的一端，升压器的另一端连接至终端电池40的阳极，多路电压选择开关的第三输出端连接至终端电池40的阳极。
参考图3，其为本实用新型实施例提供的用于提高终端续航能力的装置电路结构示意图，其详细地描述了具体实施该方案的整个过程以及电能存储到终端电池40的控制过程，其具体的实现原理和步骤如下：
步骤1：热量收集模块采集终端内部产生的热能。
步骤2：热电转换模块20将热能转换为电压并输出。
步骤3：输出的电压经过第一单向二极管301和限流电阻302将电能存储到储能电容303上并进行电量积累，第一单向二极管301具有单向导电性，可以防止热电转换模块20上的电压小于储能电容303上的电压而引起的回流。
步骤4：储能电容303上的电压经过第一使能开关601在比较器602上进行电压比较，第一使能开关601默认是打开状态，当多路电压选择开关未激活时，比较器602上“+”端的电压是终端电池40经过升压器后的电压，根据常用终端电池40的特征参数，设定这个电压为５V记为VB。比较器602上“–”端输入储能电容303积累的电压VC，比较器602上“+”端输入参考电压V5，当VC<V5，电荷持续在储能电容303上进行积累，重复1、2、3、4步骤。
步骤5：当VC >= V5时，比较器602会打开多路电压选择开关，之后比较器602上的“+”端参考电压切换为终端电池40的实际电压VB，终端电池40实际电压VB与V5相比有比较大的压差，目的是为了让转换输出的电能能长时间对终端电池40进行充电。防止了在VC与终端电池40电压VB相当时反复切换影响充电效率和损坏终端内部电子元器件。
步骤6：当VC >= VB，比较器602打开第二使能开关604，此时VC直接输入到电源管理模块50，电源管理模块50使用特定的充电方案对终端电池40进行充电管理。
步骤7：电源管理模块50对终端电池40持续进行充电，终端电池40电压VB逐渐升高，当VB <= VC时，执行步骤6，继续保持电源管理模块50对终端电池40充电的状态，终端电池40一直处于充电状态中。
步骤8：当比较器602检测到VC < VB时，此时储能电容303上的电压不够给终端电池40进行充电，比较器602进行电压比较后会自动切断多路电压选择开关，同时切断第二使能开关604，阻止VC进入电源管理模块50停止对终端电池40充电。储能电容303上继续积累电荷，执行步骤4，比较器602的比较电压也切换为升压器处理后的电压V5。
步骤9：当终端电池40充满后，电源管理模块50发出长达10S的信号给第一使能开关601，让第一使能开关601断开10S，此时比较器602上“-”端产生地信号，经过电压比较后会自动切断第一使能开关601和多路电压选择开关。电能会继续在储能电容303上进行积累，重复循环整个过程。
上面描述完成终端电池40充电过程，智能移动终端运行时会产生大量的热量，当电容上积累的电荷产生的电压超过参考电压V5时，会发生如上描述的充电过程，终端电池40的电量将不知不觉地在工作过程中得到增加或者较之前的电量下降速度明显降低，终端的续航能力也随之增加。
继续参照图1，本实用新型还提供了一种终端，其包括用于提高终端续航能力的装置，所述装置包括：
热量采集模块10，用于收集终端内部发热电子元器件所产生的热量；
热电转换模块20，用于将收集的热量转换为电能并输送至储能电容模块30；
储能电容模块30，用于储备所述电能，并输出一稳定的输出电压值；
比较器模块60，用于当所述输出电压值超过一预设的基准电压值时，生成充电使能信号并将其发送至电源管理模块50；
电源管理模块50，用于依据所述充电使能信号对终端电池40进行充电。
具体实施时，所述发热电子元器件包括终端内部一切可以产生热量的器件，包括发热芯片和其它可以产生热量的器件。通常可以根据终端内部器件的特性，对器件上主要发热模块进行摸底测试，重点选择发热量大的模块作为主要的热量采集源，例如CPU、射频芯片、电源管理芯片、LCD等。同时可以在终端后盖或其他不影响工作性能的区域等加入导热材料，以方便利用外接热源。
优选地，所述热量采集模块10采用高导热材料链接至终端内部发热电子元器件。
优选地，所述热电转换模块20为温差发电器件，其高温端链接至热量采集模块10，低温端链接至冷金属材料。
优选地，所述冷金属材料为铜、铝、钢、锑、银中的一种或几种。
优选地，参考图3，所述储能电容模块30包括依次串联的第一单向二极管301、限流电阻302、储能电容303以及稳压器304，其中，所述第一单向二极管301的阳极连接至热量采集模块10；所述比较器模块60包括第一使能开关601、第二使能开关604、比较器602、第二单向二极管605、升压器606，以及多路电压选择开关603，其中，第一使能开关601的第一输入端连接至稳压器304的输出端，其第二输入端连接至电源管理模块50的输出端，其输出端连接至比较器602的负向输入端以及第二使能开关604的第一输入端，比较器602的正向输入端连接至多路电压选择开关603的第一输出端，比较器602的输出端连接至第二使能开关604的第二输入端以及多路电压选择开关603的输入端，第二使能开关604的输出端连接至第二单向二极管605的阳极，第二单向二极管605的阴极连接至电源管理模块50输入端，多路电压选择开关603的第二输出端连接至升压器606的一端，升压器606的另一端连接至终端电池40的阳极，多路电压选择开关603的第三输出端连接至终端电池40的阳极。
参考图4，其描述了本实用新型实施例提供的终端进行热电转换的流程示意图，下面依照该图说明本实用新型实施例提供的终端进行热电转换，进而提高终端续航能力的实施流程。
步骤S401：热量采集模块10采集热量。
步骤S402: 热量采集模块10采集的热量经过热电转换模块20将热能转换为电能。
步骤S403:将电信号存入一个储能电容模块30并输出一个恒定的电压。
步骤S404:判断终端电池40是否在充满状态,若终端电池40已经存满，则转步骤S401，若终端电池40未存满，则转步骤S405。
步骤S405: 储能电容模块30输出的输出电压是否大于5V，如小于5V，则转S401，如大于5V，则转步骤S406。
步骤S406: 储能电容模块30输出的输出电压是否大于终端电池40电压VB，如小于终端电池40电压VB，则转步骤S401，如大于终端电池40电压，则转步骤S407。
步骤S407:电源管理模块50对终端电池40进行充电。
本实用新型实施例提供的终端，其将终端内部电器元器件发热所产生的热能转换为电能，并进行有效存储并提供给终端使用，其一定程度上可以改善终端内部电子元器件的工作性能，同时还可以提高终端的续航能力。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于提高终端续航能力的装置，其特征在于，包括：
热量采集模块，用于收集终端内部发热电子元器件所产生的热量；
热电转换模块，用于将收集的热量转换为电能并输送至储能电容模块；
储能电容模块，用于储备所述电能，并输出一稳定的输出电压值；
比较器模块，用于当所述输出电压值超过一预设的基准电压值时，生成充电使能信号并将其发送至电源管理模块；
电源管理模块，用于依据所述充电使能信号对终端电池进行充电。
2.如权利要求1所述的用于提高终端续航能力的装置，其特征在于，所述热量采集模块采用高导热材料链接至终端内部发热电子元器件。
3.如权利要求2所述的用于提高终端续航能力的装置，其特征在于，所述热电转换模块为温差发电器件，其高温端链接至热量采集模块，低温端链接至冷金属材料。
4.如权利要求3所述的用于提高终端续航能力的装置，其特征在于，所述冷金属材料为铜、铝、钢、锑、银中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的用于提高终端续航能力的装置，其特征在于，所述储能电容模块包括依次串联的第一单向二极管、限流电阻、储能电容以及稳压器，其中，所述第一单向二极管的阳极连接至热量采集模块；所述比较器模块包括第一使能开关、第二使能开关、比较器、第二单向二极管、升压器，以及多路电压选择开关，其中，第一使能开关的第一输入端连接至稳压器的输出端，其第二输入端连接至电源管理模块的输出端，其输出端连接至比较器的负向输入端以及第二使能开关的第一输入端，比较器的正向输入端连接至多路电压选择开关的第一输出端，比较器的输出端连接至第二使能开关的第二输入端以及多路电压选择开关的输入端，第二使能开关的输出端连接至第二单向二极管的阳极，第二单向二极管的阴极连接至电源管理模块输入端，多路电压选择开关的第二输出端连接至升压器的一端，升压器的另一端连接至终端电池的阳极，多路电压选择开关的第三输出端连接至终端电池的阳极。
6.一种终端，其特征在于，其包括用于提高终端续航能力的装置，所述装置包括：
热量采集模块，用于收集终端内部发热电子元器件所产生的热量；
热电转换模块，用于将收集的热量转换为电能并输送至储能电容模块；
储能电容模块，用于储备所述电能，并输出一稳定的输出电压值；
比较器模块，用于当所述输出电压值超过一预设的基准电压值时，生成充电使能信号并将其发送至电源管理模块；
电源管理模块，用于依据所述充电使能信号对终端电池进行充电。
7.如权利要求6所述的终端，其特征在于，所述热量采集模块采用高导热材料链接至终端内部发热电子元器件。
8.如权利要求7所述的终端，其特征在于，所述热电转换模块为温差发电器件，其高温端链接至热量采集模块，低温端链接至冷金属材料。
9.如权利要求8所述的终端，其特征在于，所述冷金属材料为铜、铝、钢、锑、银中的一种或几种。
10.如权利要求6所述的终端，其特征在于，所述储能电容模块包括依次串联的第一单向二极管、限流电阻、储能电容以及稳压器，其中，所述第一单向二极管的阳极连接至热量采集模块；所述比较器模块包括第一使能开关、第二使能开关、比较器、第二单向二极管、升压器，以及多路电压选择开关，其中，第一使能开关的第一输入端连接至稳压器的输出端，其第二输入端连接至电源管理模块的输出端，其输出端连接至比较器的负向输入端以及第二使能开关的第一输入端，比较器的正向输入端连接至多路电压选择开关的第一输出端，比较器的输出端连接至第二使能开关的第二输入端以及多路电压选择开关的输入端，第二使能开关的输出端连接至第二单向二极管的阳极，第二单向二极管的阴极连接至电源管理模块输入端，多路电压选择开关的第二输出端连接至升压器的一端，升压器的另一端连接至终端电池的阳极，多路电压选择开关的第三输出端连接至终端电池的阳极。
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